Los compuestos de zinc son compuestos químicos que contienen el elemento zinc, que es miembro del grupo 12 de la tabla periódica . El estado de oxidación de la mayoría de los compuestos es el estado de oxidación de grupo de +2. El zinc puede clasificarse como un elemento del grupo principal posterior a la transición con el zinc (II). Los compuestos de zinc son notables por su comportamiento indescriptible, generalmente son incoloros (a diferencia de otros elementos con el número de oxidación +2, que generalmente son blancos), no se involucran fácilmente en reacciones redox y generalmente adoptan estructuras simétricas. [1] [2] [3] [4]
Características generales
En sus compuestos, los iones Zn 2+ tienen una configuración electrónica [Ar] 3d 10 . Como tal, sus complejos tienden a ser simétricos, ZnO y sulfuro de zinc, ZnS, ( zincblenda ) en los que los iones óxido y sulfuro están tetraédricamente unidos a cuatro iones zinc. Muchos complejos , como ZnCl 4 2− , son tetraédricos. El zinc coordinado tetraédricamente se encuentra en metaloenzimas como la anhidrasa carbónica . Los complejos octaédricos de seis coordenadas también son comunes, como el ion [Zn (H 2 O) 6 ] 2+ , que está presente cuando las sales de zinc se disuelven en agua. Los ligandos orgánicos especiales pueden imponer números de coordinación de cinco y siete.
Muchas sales de zinc (II) son isomorfas (tienen el mismo tipo de estructura cristalina ) con las correspondientes sales de magnesio (II). Este paralelo resulta del hecho de que Zn 2+ y Mg 2+ tienen radios iónicos casi idénticos , así como capas de electrones llenas. Que dos elementos tan diferentes en número atómico tengan el mismo radio es una consecuencia de la contracción del bloque d . Si bien el calcio es algo más grande que el magnesio, hay una disminución constante de tamaño a medida que aumenta el número atómico del calcio al zinc.
Los complejos de Zn (II) son cinéticamente lábiles, es decir, los enlaces Zn-ligando se intercambian rápidamente con otros ligandos. Por esta razón, los iones de zinc se encuentran en los centros catalíticos de muchas enzimas.
Zn (yo)
Los compuestos con zinc en estado de oxidación +1 son extremadamente raros. [5] Los compuestos tienen la fórmula RZn 2 R y contienen un enlace Zn-Zn análogo al enlace metal-metal en el ion mercurio (I), Hg 2 2+ . A este respecto, el zinc es similar al magnesio donde se han caracterizado compuestos de baja valencia que contienen un enlace Mg - Mg. [6]
Otros estados de oxidación
No se conocen compuestos de zinc en estados de oxidación distintos de +1 o +2. Los cálculos indican que es poco probable que exista un compuesto de zinc con un estado de oxidación de +4. [7]
Color y magnetismo
Los compuestos de zinc, como los de los elementos del grupo principal , son en su mayoría incoloros. Se producen excepciones cuando el compuesto contiene un anión o ligando coloreado . Sin embargo, zinc seleniuro y zinc telururo sean de un color debido a la transferencia de carga procesos. El óxido de zinc se vuelve amarillo cuando se calienta debido a la pérdida de algunos átomos de oxígeno y la formación de una estructura defectuosa . Los compuestos que contienen zinc son típicamente diamagnéticos , excepto en los casos en los que el ligando es un radical.
Reactividad del zinc metálico
El zinc es un agente reductor fuerte con un potencial redox estándar de −0,76 V. El zinc puro se empaña rápidamente en el aire, formando rápidamente una capa pasiva . La composición de esta capa puede ser compleja, pero un componente es probablemente carbonato de zinc básico, Zn 5 (OH) 6 CO 3 . [8] Esta capa pasiva frena la reacción del zinc con el agua. Cuando esta capa es corroída por ácidos como el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico , la reacción prosigue con el desprendimiento de hidrógeno gaseoso. [1] [9]
- Zn + 2 H + → Zn 2+ + H 2
El zinc reacciona con los álcalis como con los ácidos.
Con oxidantes como calcógenos y halógenos , el Zn forma compuestos binarios como ZnS y ZnCl 2 .
Compuestos binarios
El óxido de zinc, ZnO , es el compuesto fabricado de zinc más importante, con una amplia variedad de usos. [2] Cristaliza con la estructura de Wurtzita. Es anfótero , se disuelve en ácidos para dar el ion acuoso Zn 2+ y en álcali para dar el ion zincato (también conocido como tetrahidroxozincato), [Zn (OH) 4 ] 2− . El hidróxido de zinc, Zn (OH) 2 también es anfótero.
El sulfuro de zinc, ZnS , cristaliza en dos estructuras estrechamente relacionadas, la estructura cristalina de zincblenda y la estructura cristalina de Wurtzita , que son estructuras comunes de compuestos con la fórmula MA. Tanto el Zn como el S están coordinados tetraédricamente por el otro ion. Una propiedad útil del ZnS es su fosforescencia . Los otros calcogenuros , ZnSe y ZnTe , tienen aplicaciones en electrónica y óptica. [10]
De los cuatro haluros de zinc , ZnF2tiene el carácter más iónico, mientras que los otros, ZnCl2, ZnBr2y ZnI2, tienen puntos de fusión relativamente bajos y se considera que tienen un carácter más covalente. [2] Los pnictogenuros Zn3norte2(notable por su alto punto de fusión [11] ), Zn3PAG2, Zn3Como2y Zn3Sb2, tiene varias aplicaciones. [12] Otros compuestos binarios de zinc incluyen el peróxido de zinc ZnO2, hidruro de zinc ZnH2y carburo de zinc ZnC
2. [13]
Sales
Nitrato de zinc Zn (NO3)2(utilizado como agente oxidante ), clorato de zinc Zn (ClO3)2, sulfato de zinc ZnSO4(conocido como " vitriolo blanco "), fosfato de zinc Zn3(CORREOS4)2(utilizado como pigmento de imprimación ), molibdato de zinc ZnMoO4(utilizado como pigmento blanco), cromato de zinc ZnCrO4(uno de los pocos compuestos de zinc coloreados), arsenito de zinc Zn (AsO 2 ) 2 (polvo incoloro) y arseniato de zinc octahidrato Zn (AsO
4)
2• 8H
2O (polvo blanco, también conocido como koettigita ) son algunos ejemplos de otros compuestos inorgánicos comunes de zinc. Los dos últimos compuestos se utilizan en insecticidas y conservantes de madera. [14] Uno de los ejemplos más simples de un compuesto orgánico de zinc es el acetato de zinc Zn (O2CCH3)2, que tiene varias aplicaciones medicinales. Las sales de zinc generalmente se disocian completamente en solución acuosa. Se producen excepciones cuando el anión puede formar un complejo, como en el caso del sulfato de zinc , donde puede formarse el complejo [Zn (H 2 O) n (SO 4 ], ( log K = aprox. 2,5). [15]
Complejos
La estructura más común de los complejos de zinc es la tetraédrica, que está claramente relacionada con el hecho de que en estos casos se obedece la regla del octeto . Sin embargo, los complejos octaédricos comparables a los de los elementos de transición no son raros. El Zn 2+ es un aceptor de clase A en la clasificación de Ahrland, Chatt y Davies, [16] y, por lo tanto, forma complejos más fuertes con los átomos donantes de oxígeno o nitrógeno de la primera fila que con el azufre o el fósforo de la segunda fila. En términos de la teoría HSAB , el Zn 2+ es un ácido duro.
En solución acuosa, un complejo octaédrico, [Zn (H 2 O) 6 ] 2+ es la especie predominante. [17] Las soluciones acuosas de sales de zinc son levemente ácidas porque el ion agua está sujeto a hidrólisis con un p K a de alrededor de 9, dependiendo de las condiciones. [18]
- [Zn (H 2 O) 6 ] 2+ ⇌ [Zn (H 2 O) 5 (OH)] + + H +
La hidrólisis explica por qué las sales básicas como el acetato de zinc básico y el carbonato de zinc básico, Zn 3 (OH) 4 (CO 3 ) • H 2 O son fáciles de obtener. El motivo de la hidrólisis es la alta densidad de carga eléctrica del ion zinc, que aleja los electrones de un enlace OH de una molécula de agua coordinada y libera un ion hidrógeno. El efecto polarizador del Zn 2+ es parte de la razón por la que el zinc se encuentra en enzimas como la anhidrasa carbónica .
No se conocen complejos fluorados, pero se pueden preparar complejos con los otros haluros y con pseodohaluros , [ZnX 3 ] - y [ZnX 4 ] 2− . El caso del complejo de tiocianato ilustra el carácter de clase A del ion zinc, ya que es el isómero unido a N, [Zn (NCS) 4 ] 2− en contraste con [Cd (SCN) 4 ] 2− que está unido a S . Ser un aceptor de clase A no excluye la formación de complejos con donantes de azufre, como lo demuestran el ditiofosfato de zinc y el complejo de dedos de zinc (abajo).
El acetilacetonato de cinc compleja, Zn (acac) 2 es interesante. Como el ligando es bidentado , podría esperarse una estructura tetraédrica. Sin embargo, el compuesto es de hecho un trímero, Zn 3 (acac) 6 en el que cada ion Zn está coordinado por cinco átomos de oxígeno en una estructura bipiramidal trigonal distorsionada . [2] Se pueden diseñar otras estructuras de 5 coordenadas eligiendo ligandos que tengan requisitos estereoquímicos específicos. Por ejemplo, la terpiridina , que es un ligando tridentado, forma el complejo [Zn (terpy) Cl 2 ]. Otro ejemplo involucraría un ligando trípode como Tris (2-aminoetil) amina. El zinc de 5 coordenadas piramidales cuadradas se encuentra en tetra (4-piridil) porfinatomonopiridinezinc (II) [19] Se han informado estudios en solución de otras porfirinas de zinc de 5 coordenadas . [20] [21] El compuesto cianuro de zinc, Zn (CN) 2 , no tiene dos coordenadas. Adopta una estructura polimérica que consta de centros de zinc tetraédricos unidos por ligandos de cianuro puente. El grupo cianuro muestra un desorden de cabeza a cola con cualquier átomo de zinc que tenga entre 1 y 4 átomos de carbono vecinos y los restantes átomos de nitrógeno. Estos dos ejemplos ilustran la dificultad de relacionar a veces la estructura con la estequiometría.
Un número de coordinación de 2 ocurre en la amida de zinc Zn (NR 1 R 2 ) 2 (R 1 = CMe 3 , R 2 = SiMe 3 ); el ligando es tan voluminoso que no hay suficiente espacio para más de dos de ellos. [22]
Biocomplejos
Un gran número de metaloenzimas contienen zinc (II). Además, muchas proteínas contienen zinc por razones estructurales. El ión de zinc es invariablemente 4 coordenada con al menos tres ligandos que son amino-ácidos cadenas laterales . El nitrógeno imidazol de una cadena lateral de histidina es un ligando común. Los siguientes son ejemplos típicos de los dos tipos de complejos de zinc-proteína.
En el sitio activo de la anhidrasa carbónica en reposo, un ion zinc está coordinado por tres residuos de histidina. La cuarta posición está ocupada por una molécula de agua, que está fuertemente polarizada como en la hidrólisis (ver arriba). Cuando el dióxido de carbono ingresa al sitio activo, está sujeto a un ataque nucleofílico por parte del átomo de oxígeno que lleva una carga negativa parcial, o incluso una carga negativa completa si la molécula de agua está disociada. El CO 2 se convierte rápidamente en un ion bicarbonato. [23]
- [(-hys) 3 Zn (H 2 O)] 2+ + CO 2 → [(-hys) 3 Zn] 2+ + HCO 3 - + H +
Se cree que algunas peptidasas , como la glutamato carboxipeptidasa II, actúan de manera similar, con el ión zinc promoviendo la formación de un reactivo nucleófilo. [23]
El motivo del dedo de zinc es una subestructura rígida en una proteína que facilita la unión de la proteína a otra molécula como el ADN . [24] En este caso, las cuatro posiciones de coordinación están ocupadas por los residuos de histidina y cisteína . La geometría tetraédrica alrededor del ión zinc restringe un fragmento de hélice α y un fragmento de lámina β antiparalelo a una orientación particular entre sí.
El ion magnesio, que tiene una mayor concentración en los fluidos biológicos, no puede realizar estas funciones porque sus complejos son mucho más débiles que los del zinc.
Compuestos organometálicos
Los compuestos de organozinc contienen enlaces covalentes zinc-carbono. Dietilzinc ( (C
2H
5)
2Zn ) se informó por primera vez en 1848. Se fabricó mediante la reacción de zinc y yoduro de etilo y es el primer compuesto que se sabe que contiene un enlace sigma metal-carbono . [25] Durante mucho tiempo fue un misterio por qué el cobre (II) no formaba un compuesto análogo. No fue hasta la década de 1980 que se descubrió la razón: el compuesto de zinc no sufre la reacción de eliminación de hidruro beta mientras que el compuesto del metal de transición cobre sí lo hace. Los compuestos de alquil y aril zinc contienen el motivo lineal C — Zn — C. Debido a que el centro de zinc está coordinativamente insaturado, los compuestos son poderosos electrófilos . De hecho, los compuestos de bajo peso molecular se encenderán espontáneamente al entrar en contacto con el aire y se destruirán inmediatamente por reacción con las moléculas de agua. El uso de alquilos de zinc ha sido reemplazado en gran medida por el uso de reactivos de Grignard de fácil manejo . Esto demuestra otra conexión más entre las químicas del zinc y el magnesio.
Cianuro de zinc, Zn (CN)2, se utiliza como catalizador en algunas reacciones orgánicas. [26]
Los compuestos organometálicos de zinc (I) contienen enlaces M — M. Ahora se conoce el decametildizincoceno . [27]
Ver también
- Telururo de cadmio y zinc
- Telururo de mercurio y cadmio
- Gluconato de zinc
- Piritiona de zinc
- Ricinoleato de zinc
- Estearato de zinc
- Plaga de zinc
Referencias
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